煤礦防治水作業(yè)中定向鉆探技術(shù)的應(yīng)用研究

牛喬南

（汾西礦業(yè)集團(tuán)南關(guān)煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 靈石 031300）

近幾年，我國能源結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化，各種不同類型的清潔能源都得到了應(yīng)用，煤炭行業(yè)也得到了轉(zhuǎn)型升級(jí)，但是從實(shí)際情況來看，煤炭資源仍然是我國在長期發(fā)展過程中的主要能源，煤炭行業(yè)在我國仍然占有重要地位。從現(xiàn)階段我國煤炭行業(yè)整體發(fā)展情況來看，煤炭資源開采會(huì)不斷朝著更深方向發(fā)展，在開采深部煤炭資源時(shí)，經(jīng)常需要面臨礦井水害問題。從我國煤礦整體防治情況來看，為了做好防治水作業(yè)，確保開采作業(yè)順利進(jìn)行，要做好鉆探作業(yè)，而通過對(duì)定向鉆探技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，能夠提高防治水效果。由此可見，將定向鉆探技術(shù)應(yīng)用在煤礦防治水中意義重大，需要做好相關(guān)內(nèi)容探討。

1 煤礦防治水作業(yè)中采用的定向鉆探技術(shù)原理及應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

1.1 定向鉆探技術(shù)原理

定向鉆探技術(shù)在具體應(yīng)用時(shí)，主要就是通過對(duì)鉆用千米鉆機(jī)進(jìn)行應(yīng)用，從而完開展鉆探防水鉆孔作業(yè)，開展鉆孔施工中，施工人員對(duì)隨鉆探測量系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)鉆孔作業(yè)中，鉆孔軌跡、鉆孔方角位等各項(xiàng)內(nèi)容進(jìn)行全面測量，做好相應(yīng)調(diào)整工作，保證鉆孔能夠嚴(yán)格依據(jù)指定方向施工，達(dá)到積水區(qū)域，能夠一次實(shí)現(xiàn)對(duì)積水的精準(zhǔn)排放[1]。

1.2 定向鉆探技術(shù)在應(yīng)用時(shí)的優(yōu)勢(shì)

通過對(duì)定向鉆探技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)采掘作業(yè)面周圍可能存在的水體情況進(jìn)行全面探查，精準(zhǔn)掌握周圍情況。從當(dāng)前定向鉆探技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用情況來看，將該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用到老空水、頂板水、底板承壓水等各個(gè)方面的探查都取得了不錯(cuò)效果[2]。定向鉆探鉆孔后，利用鉆孔，能夠應(yīng)用加固改造、封堵水源等措施進(jìn)行處理，與傳統(tǒng)鉆探技術(shù)相比，優(yōu)勢(shì)顯著，主要體現(xiàn)在探測距離長、鉆孔總體長度短、精度高、施工現(xiàn)場布置設(shè)備數(shù)量少等多個(gè)方面[3]。

2 煤礦工程具體情況

某工作面從地質(zhì)測量情況來看，煤層傾斜角度主要集中在4°～10°，煤層平均厚度在2.2～2.5 m 之間，工作面傾斜長度在248.5 m，走向長度約為1 520 m，相鄰作業(yè)面完成了開采，但是煤礦采空區(qū)發(fā)生了嚴(yán)重積水現(xiàn)象，這對(duì)該作業(yè)面開采中的安全性帶來了嚴(yán)重影響，如果不做好控制，可能會(huì)發(fā)生安全事故。因此，為了確保煤礦工程作業(yè)面在開采時(shí)的安全性，要對(duì)工作面采空區(qū)內(nèi)進(jìn)行定向鉆孔，疏放積水，避免由于存在大量積水，而對(duì)后續(xù)開采作業(yè)造成不良影響。通過對(duì)現(xiàn)場情況進(jìn)行測算方向，如果采取傳統(tǒng)鉆孔工藝，難以達(dá)到鉆孔隨軌跡測量裝置抵達(dá)到指定區(qū)域。

通過對(duì)該煤礦情況進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，開展掘進(jìn)作業(yè)時(shí)容易出現(xiàn)水害問題，因此，要設(shè)置探放水手段對(duì)后續(xù)施工作業(yè)開展進(jìn)行輔助，核心目的就是利用鉆探技術(shù)完成對(duì)水害區(qū)域情況進(jìn)行探測，實(shí)現(xiàn)疏壓降水。以前每次探放水只能實(shí)現(xiàn)30 m 超前距，只能鉆探不足220 m 探水鉆孔，實(shí)際作業(yè)開展時(shí)，掘進(jìn)幾次就要探放水幾次，而且要不斷重復(fù)，直到完成掘進(jìn)為止，整個(gè)過程會(huì)發(fā)生多次阻礙。造成這一現(xiàn)象的原因有以下幾點(diǎn)：第一，作業(yè)開展過于盲目，探放水效果偏低，難以達(dá)到預(yù)期；第二，巷道受鉆孔施工影響較大；第三，多數(shù)鉆孔都需要等待施工，整個(gè)施工作業(yè)開展過程較為繁瑣，巷道掘進(jìn)環(huán)境安全性。因此，為了達(dá)到既定目標(biāo)，針對(duì)本次工程進(jìn)行定向鉆孔設(shè)計(jì)時(shí)，在工作面巷道軌道巷360 m 位置處，對(duì)采空區(qū)實(shí)施長距離定向鉆孔，從而達(dá)到疏水作業(yè)目的。

3 煤礦防治水中對(duì)定向鉆探技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)

3.1 定向鉆探疏水設(shè)計(jì)需要遵循的原則

進(jìn)行定向鉆孔設(shè)計(jì)與布置時(shí)需要做好分析工作，保證與周圍巷道工程具體情況相適應(yīng)，而且還要對(duì)礦井當(dāng)前采用的各種鉆探設(shè)備的具體應(yīng)用效果進(jìn)行明確，保證每項(xiàng)鉆探設(shè)備作用都能夠得到充分發(fā)揮。開展定向鉆孔期間，如果情況允許，要適當(dāng)提高疏放水具體水量，確保鉆孔后，能夠形成一個(gè)良好孔。進(jìn)行鉆孔設(shè)置時(shí)，要在低洼位置處布置鉆孔，具體鉆孔要保持仰角。通過對(duì)本次作業(yè)面具體特點(diǎn)進(jìn)行分析來看，作業(yè)面包含的水層有兩層，在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，要在鉆孔位置處布置頂板水疏放，以免存在積水對(duì)后續(xù)煤礦開采作業(yè)造成不良影響，降低開采效率，情況嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)引發(fā)安全事故。除此之外，在實(shí)際施工作業(yè)開展時(shí)，要全面考慮施工現(xiàn)場定向鉆探設(shè)備的具體性能，工作人員綜合能力，依據(jù)施工現(xiàn)場情況，采取科學(xué)方式布置作業(yè)中應(yīng)用的鉆孔機(jī)械，保證鉆孔間距合理。

3.2 科學(xué)設(shè)計(jì)鉆孔結(jié)構(gòu)

針對(duì)本次煤礦井下定向疏水鉆孔設(shè)計(jì)時(shí)，依據(jù)煤礦井具體情況，選擇鉆孔套管方式。開展開孔作業(yè)時(shí)，采用的鉆頭設(shè)計(jì)直徑為155 mm，鉆進(jìn)鉆孔期間，鉆進(jìn)長度設(shè)計(jì)與煤層距離相距5.8 m 距離為標(biāo)準(zhǔn)。完成鉆孔成孔后，要進(jìn)行耐壓試驗(yàn)設(shè)計(jì)，具體設(shè)計(jì)時(shí)要在滿足耐壓試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)之后，才能在對(duì)煤礦井下的鉆孔進(jìn)行應(yīng)用。完成鉆孔作業(yè)后，將一個(gè)直徑為148 mm 套管安裝到其中，此時(shí)采用注漿泵開展井下注漿作業(yè)，對(duì)于作業(yè)中采用的漿液，為了保證其效果能夠達(dá)到預(yù)期，水灰質(zhì)量比應(yīng)當(dāng)為3∶2，在水泥將作用下，完成對(duì)套管的固定，對(duì)于煤礦井下采用的水泥漿液，采用標(biāo)準(zhǔn)為孔壁周圍不會(huì)發(fā)生滲漏水為基準(zhǔn)，如果在實(shí)際施工中，發(fā)生滲漏現(xiàn)象，要重新固定套管，保證其牢固性能夠達(dá)到預(yù)期[4]。開展定性鉆孔后，本次施工開展采取具有監(jiān)測功能的定向鉆孔工業(yè)，通過對(duì)這一技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)整個(gè)施工期間的動(dòng)態(tài)監(jiān)控，設(shè)計(jì)鉆孔直徑為100 mm。

3.3 施工中采用的設(shè)備

在本次施工作開展時(shí)，為了能夠提高施工效果，采用全液壓鉆機(jī)，確保采用的鉆機(jī)扭矩能夠達(dá)到6 000 N·m，進(jìn)行鉆進(jìn)作業(yè)時(shí)，給進(jìn)壓力能夠達(dá)到200 kN，進(jìn)行套管固定時(shí)，采用活塞泵作為施工中的水泥泵，通過對(duì)該泵進(jìn)行應(yīng)用，排量能夠達(dá)到360 L/min。鉆孔設(shè)計(jì)采取的為中心通纜式鉆桿，開展定向鉆孔時(shí)，將通纜鉆桿作為整個(gè)施工作業(yè)開展時(shí)的主要工具。而開展測量作業(yè)時(shí)，對(duì)于軌跡測量系統(tǒng)，為了保證其作用能夠得到合理發(fā)揮，要采用礦用隔爆性計(jì)算機(jī)，動(dòng)態(tài)監(jiān)測整個(gè)鉆孔角度、距離、位置各項(xiàng)參數(shù)，保證整個(gè)施工作業(yè)能夠順利進(jìn)行，避免發(fā)生意外事故[5]。

3.4 定向鉆孔疏放水

為了能夠提高工作面疏放水效果，要結(jié)合周圍巷道實(shí)際情況，以及現(xiàn)階段排水通道具體狀況，采空區(qū)內(nèi)實(shí)施疏放水定向鉆孔，應(yīng)當(dāng)相對(duì)靶點(diǎn)高程較低區(qū)域，控制好鉆孔軌跡，這可以提高鉆孔疏放水效果，從而保證煤礦井下開采作業(yè)能夠順利進(jìn)行[6]。

本次工程嚴(yán)格依據(jù)設(shè)計(jì)好的方案開展定向鉆孔施工作業(yè)，尤其是要控制好鉆孔軌跡，保證鉆孔能夠嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)方案開展鉆進(jìn)作業(yè)，保證能夠抵達(dá)靶心點(diǎn)，完成對(duì)采空區(qū)內(nèi)大量積水的疏放。通過對(duì)煤礦井下現(xiàn)場具體情況進(jìn)行測量，依據(jù)測量結(jié)果進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，1#鉆孔出水量能夠達(dá)到38 m3/h 左右，2#鉆孔出水量會(huì)超過30 m3/h；3# 出水量超過了30 m3/h。通過對(duì)三個(gè)孔的出水量進(jìn)行對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，三個(gè)孔出水量差異相對(duì)較小，而且整個(gè)結(jié)構(gòu)相對(duì)較為穩(wěn)定，每天疏放水量在1 650 m3以下，能夠滿足煤礦礦井下開采作業(yè)要求。除此之外，針對(duì)本次煤礦工程的具體開采情況來看，在實(shí)際疏水方面采用定向鉆孔技術(shù)，精度要求高，整個(gè)過程能夠?qū)崿F(xiàn)全面控制，而且鉆孔速度快，能夠保證整個(gè)作業(yè)面安全，生產(chǎn)作業(yè)順利進(jìn)行，降低安全事故發(fā)生幾率。

4 結(jié)語

煤礦開采作業(yè)中要做好防治水作業(yè)，這也是現(xiàn)階段諸多煤礦開采中面臨的一項(xiàng)共性問題，通過對(duì)現(xiàn)階段我國煤礦開采中采用的防治水方式和具體應(yīng)用取得的實(shí)際效果來看，在許多方面都具有一定提升空間。由此可見，煤礦企業(yè)在實(shí)際作業(yè)開展時(shí)，要充分認(rèn)識(shí)到做好防治水作業(yè)的重要性，從煤礦井下防治水作業(yè)具體情況出發(fā)，合理應(yīng)用后定向鉆探技術(shù)，做好控制，保證最終防治水效果能夠達(dá)到預(yù)期。